3D-geprinte ‘lichtval’ verhoogt rendement zonnecellen

Met behulp van 3D-printtechnologie hebben natuurkundigen van de Universiteit Utrecht samen met partners een ‘lichtval’ voor op een zonnecel gemaakt, waardoor een groter gedeelte van het invallende zonlicht benut wordt. Het voordeel hiervan is dat zonnecellen minder dik kunnen zijn en toch veel licht absorberen. Daardoor ontstaan nieuwe mogelijkheden voor innovatieve zonnemodules met een hoger rendement. De lichtval is bovendien geschikt voor bijna alle soorten zonnecellen.

Bij dunne film zonnecellen zonder een lichtval gaat zo’n 20 procent van het zonlicht verloren omdat de zonnecel een deel van het licht niet absorbeert, maar reflecteert. De lichtval, een parabolische spiegel, weerkaatst dit gereflecteerde licht terug naar de zonnecel. “In feite vangen we zo vrijwel al het zonlicht op”, aldus promovendus Lourens van Dijk.

De winst die hiermee wordt behaald is afhankelijk van het type zonnecel en de golflengte van het licht. De onderzoekers lieten een absorptieverbetering van ongeveer 12 procent zien voor een organische zonnecel. Een belangrijk voordeel is dat zonnecellen hierdoor minder dik hoeven te zijn en zelfs efficiënter kunnen worden.

Het idee voor toepassing van parabolische spiegels voor lichtopsluiting in zonnecellen is niet nieuw, maar de realisatie ervan bleek complex. De spiegel moet perfect afgewerkt zijn, omdat anders alsnog verliezen optreden. De Utrechtse onderzoekers maken daarom de basis van de spiegel van Lego-plastic met een 3D-printer en behandelen die na om het oppervlak spiegelglad te maken. Daarop sputteren ze zilver, dat een hoge reflectie heeft. De onderzoekers werken samen met AMOLF en Solliance om de lichtval verder te optimaliseren.

Het gebruik van de 3D-printtechnologie maakt het voor de onderzoekers mogelijk om snel te experimenteren. Inmiddels hebben ze verschillende 3D-modellen van de parabolische spiegels gemaakt en getest op verschillende typen zonnecellen. Uit de resultaten blijkt dat de spiegels de deur openen voor de ontwikkeling van nieuwe innovatieve zonnemodules. “Met ons onderzoek leggen we een fundament onder een goedkope en haalbare techniek om de efficiëntie van veel typen zonnecellen te verbeteren”, vat onderzoeksleider dr. Marcel Di Vece de resultaten samen.